地铁隧道是盾构机推出来的：一环 1.5 米、一天拼 8 环挖 12 米，六块管片怎么拼成圆

发布于 2027-04-17｜相关行业：公路桥隧

一台盾构机，在地下一天能往前走多远

城市里的地铁、过江的管廊、穿过老城的污水干管，很多都不是从地面挖下去的，而是在地下一寸一寸推出来的。干这件事的机器叫盾构机。它的样子像一截粗大的钢筒，前头是一个转动的切削盘，后面拖着很长一串台车，每往前推一步，身后就留下一圈拼好的管片。

盾构和前面讲过的山岭隧道不是一回事。山岭隧道多靠钻爆一段一段往里打，适合岩石比较硬、能自己站住的地层；盾构用在软土、砂层和含水地层里，靠一个钢壳子撑住四周的土，再用机器一边切土、一边拼墙，所以它能在城市道路底下、房屋和管线之间穿行。

一天能挖多少米，是很多人第一个想问的问题。答案不是一个固定数字，而是几样东西乘出来的：每环多宽，一天能拼多少环，中间停下来换刀、纠偏、接管线花了多少时间。这一期把这笔账算一遍，也把盾构机从前到后、管片怎么拼、注浆填什么、施工分哪几个阶段讲清楚。文中的尺寸、压力和流量都是典型量级的算例，不是某条盾构隧道的设计值。

盾构机从前到后：刀盘、土仓、螺旋输送机、推进油缸、拼装机、盾尾，后面拖着一串台车

沿着机器的轴线从前往后看，一台土压平衡盾构大致是这样排列的：最前面是刀盘，后面是土仓，土仓下面接螺旋输送机，中间是推进油缸，再往后是管片拼装机，最后是盾尾。整个机身外面包着一层钢壳，叫盾壳，盾壳前半段是前盾，中间是中盾，末端是盾尾。盾尾后面连着后配套台车，一节一节拖在隧道里。

这些部件分工很清楚。刀盘负责切土，土仓负责收土和顶住前方的土，螺旋输送机负责把土排出去，推进油缸负责把整台机器往前推，管片拼装机负责把管片一块块抱起来装到位，盾尾负责把拼好的管片和土之间的缝挡住，后配套则负责供电、供液压油、供注浆材料、供渣土出口。少了哪一样，机器都转不起来。

图里的纵剖面就是按这个顺序画的：从左边的刀盘一直看到右边的盾尾。读这种图先找两条线，一条是刀盘和土仓的界线，它决定土从哪里进；另一条是推进油缸和已经拼好的管片的接触面，它决定机器靠什么往前走。两条线找对了，剩下的部件就都能对上号。

刀盘先切土，土仓把切下来的土收住

刀盘是一个大圆盘，表面装着切削刀具：一排刮刀负责刮平，滚刀负责压碎硬块，周边的刀具负责把开挖直径切圆。刀盘上还开着若干个进土口，土通过这些口子进入后面的土仓。刀盘转动的时候，前方的土被一圈一圈切下来，切下来的土量和刀盘转速、推进速度有直接关系。

土仓是刀盘后面的密闭空间。切下来的土先进土仓，积在里面，再由螺旋输送机慢慢排出。土仓里装着压力传感器，它测到的压力就是开挖面的支撑压力。土仓压力太小，前方的土会往里塌，地面跟着沉降；太大，又会把土往地面顶，地面隆起。所以土仓压力是盾构施工里最要盯着看的数字。

刀具会磨损，土层里的大块石头、旧基础也会卡住刀盘，所以刀盘后面留着检修的入口。遇到需要换刀的情况，有时要在土仓压力下带压进仓，有时要先把前方土体加固，才能在常压下把刀具换掉。这些操作都很费时，也是决定一天进尺的重要因素。

推进油缸顶着已经拼好的管片往前走，拼装机把新管片抱进来

盾构机往前走，靠的是推进油缸。油缸一般沿盾壳内圈均匀布置，一端顶在盾壳上，另一端顶在已经拼好的管片环上。油缸伸出去，整台机器就向前一步，身后的管片被压住，不会跟着动。所以管片不只是隧道的墙，它还是盾构机的反力支点，管片没拼牢，推进就推不动，推不动就会把新拼的管片挤裂。

管片拼装机是盾构机上最精细的动作部件。它把管片从运输车上取下来，旋转、升起、对准位置，再把它推到已经拼好的环上。每一块管片都要对准缝，螺栓孔要对上，然后才能拧紧。一环拼完，油缸收回一段，把刚拼好的那一环顶牢，再进入下一个推进循环。

盾尾和后配套：尾刷挡住土和水，台车上是注浆、供电和出土的全部家当

盾尾是盾构机最后的那段钢壳，里面装着一排或几排密封用的尾刷，尾刷是钢丝和密封材料组成的刷子，紧紧贴着刚拼好的管片外侧。盾尾还留着注浆孔，同步注浆就是从这里把浆液打进管片和土之间的空隙。尾刷如果坏了，土和地下水就会从缝里挤进来，所以盾尾要定期注润滑脂，检查磨损。

后配套台车拖在盾尾后面，少则几节，多则十几节。台车上有液压站、变压器和配电柜、注浆站、泡沫或膨润土的供给设备、管片运输的电瓶车，还有出土的渣土车或排泥管。这些设备都要跟着机器一起前进，所以隧道里的临时道路和管线都要留够空间，台车长了，隧道口的布置也要跟着变。

盾构的姿态主要靠分区推进油缸来调。机身左侧的油缸压力加大，整机就会向右偏；右侧加压，就往左纠。纠偏要慢，一次纠得太猛，管片会被挤裂，盾尾也容易被拉坏，所以姿态的调整通常是每一环都修一点，而不是等偏多了再一下子拉回来。

土压平衡：仓里的土自己顶住开挖面，靠螺旋输送机把土排出去

土压平衡盾构，名字里的「平衡」指的是开挖面的水土压力和土仓里的压力保持平衡。刀盘切下来的土进入土仓，土在仓内积得越多，压力越大，能顶住的开挖面就越稳。出土多了，压力就降；出土少了，压力就升。司机要做的事，就是让出土量和推进速度配合好，让土仓压力保持在设定的范围里。

要让土仓里的土能顺利被排出去，土本身得有一定的流动性。原状土往往太硬或者太散，不能直接用，所以施工时会往刀盘前和土仓里加泡沫或膨润土，把土改良成像膏状的物质。改良后的土塑性好、不透水，既能顶住压力，又能被螺旋输送机平稳地送出去。

土压平衡最适合黏土、粉质黏土、粉土这类细颗粒、能被改良的土层。如果地层是粗砂或者地下水很丰富的砂层，土仓里的压力很难稳住，土可能从螺旋输送机的出口一下子喷出来，这种现象叫喷涌。遇到这种地层，要么先做加固、降水，要么换成泥水平衡。

螺旋输送机的转速，是调土仓压力的主要手段之一。转快了，出土多，压力降；转慢了，土积在仓里，压力升。推进速度和螺旋转速要配合好，推快了就必须同步加快出土，否则几分钟之内土仓压力就会明显变化。

泥水平衡：泥浆顶住开挖面，土随着泥浆从管子里抽出去

泥水平衡盾构的思路不一样。它的土仓是充满泥浆的密闭仓，泥浆由膨润土和水调成，具有一定的密度和黏性。泥浆压力通过泵和阀门控制，顶住开挖面。刀盘切下来的土混进泥浆里，靠泥浆循环被抽到地面，不靠螺旋输送机。

地面上有一座泥水分离站，专门把从隧道里抽回来的泥浆处理干净。分离站先用旋流器和振动筛把砂石分出来，剩下的泥浆再调整密度、补充膨润土，重新送回隧道。这套系统一直在转，工地上看到的是两根粗管子：一根送浆，一根排浆。

泥水盾构在砂层、卵石层和地下水丰富的地方优势很大，因为泥浆能在开挖面形成一层泥膜，稳住水和砂，不容易喷涌。代价是设备复杂，分离站占地大，泥浆处理费用高，地面上要留出足够的场地。选不选它，要把地层、周边环境和造价一起算。

泥浆的密度、黏度和失水量都要定期检测，它们决定泥膜能不能形成，能不能稳住砂层。泥浆太稀，托不住水和砂；太稠，输送费力，分离站也处理不过来。配浆和调浆是泥水盾构的日常功课，比土压平衡多了一整套化验流程。

两种盾构怎么选：看土，也看水

选土压还是泥水，首先看地层。细颗粒、能改良、地下水不太大的地层，用土压更经济，设备简单，出土靠螺旋输送机，地面需要的场地也小。砂层、卵石层、地下水丰富、需要在江河底下穿越的地层，泥水的稳定能力更强，安全余量大。

其次看周边环境。城市里房屋密、管线多，地面沉降要严格控制，选哪一种都要能把土仓压力或泥水压力调得很稳。再次看工期和造价，泥水系统的分离站和泥浆处理会增加一大笔费用，如果地层适合土压，就不必为了保险硬上泥水。

下面这张表把两种盾构放在一起比较，判断的时候可以按行逐条对照。

管片一环：六块拼成一个圆，封顶块最后推进去

盾构隧道的衬砌是由预制管片拼成的。一环管片是一个完整的圆，常见的做法是分成六块：一块封顶块，两块邻接块，三块标准块。三块标准块形状一样，是最常用的块；两块邻接块位于封顶块两侧，把标准块和封顶块连起来；封顶块位于最顶部，尺寸最小，是一环里最后装进去的那一块。

常见的城市盾构管片外径在六米上下，环宽一到两米，管片厚度三四十厘米，用高强度混凝土浇筑，里面配钢筋笼。尺寸不是随便定的，要按覆土、水压和推进油缸能给出的推力一起算。管片厚了浪费材料，薄了压不住土，推进时还容易裂。

管片在工厂里用钢筋和混凝土预制，每一块的弧面、端面和螺栓孔都有严格的尺寸要求。运到工地后，由拼装机按顺序一块块装上。通常从底部的标准块开始，沿圆周向上依次装好两侧的标准块和邻接块，最后把封顶块从上部推进去，靠楔形的斜面把整个环撑紧。封顶块装得对不对，直接决定这一环的圆是不是圆。

图里是一环管片的示意，三类块的位置一目了然：封顶块在最上面，邻接块在它两侧，三块标准块铺满下半圈。读图时注意封顶块的形状和位置，它是整环里唯一需要斜着推进去的一块。

拼装顺序：先底后两侧、再顶，封顶块最后推进去

拼装顺序看起来是固定的一套动作，其实每一步都在为下一步留位置。拼装机先把第一块标准块装到底部，再沿环向把相邻的标准块一块块接上，接到另一侧之后，两侧的邻接块从下部依次装入，最后封顶块从上方的空位推进去。

为什么不能从顶上先装？管片拼装靠的是相邻块之间的贴合和螺栓拉紧，顶部一块如果先装，两侧没有依靠，就会往下滑，装上去也对不准缝。从底部起步、两侧对称收口，每一块都有依靠，整环的圆才能逐步成形。

封顶块装入前，要先用推进油缸把前面已经拼好的几块撑开一点，留出一个略大于封顶块的口子。封顶块推入后，口子合上，楔形的斜面把相邻块挤紧，螺栓才能拧到位。这一步是整环里最紧的一步，也是最容易出错的一步。

• 第一步：拼装机从底部吊起第一块标准块，放到位，初步拧上螺栓
• 第二步：沿环向依次接上两侧的标准块，每块都要贴紧相邻块的端面
• 第三步：两侧邻接块从下部依次装入，纵缝对齐，密封垫不能错位
• 第四步：油缸撑开上部的口子，封顶块推入，楔形斜面把整环压紧
• 第五步：逐个拧紧纵缝和环缝螺栓，检查密封垫，再进入下一个推进循环

错缝拼装：相邻两环的纵缝不能对齐

一条隧道由一环一环接起来，环与环之间的缝叫环缝，同一环里块与块之间的缝叫纵缝。错缝拼装指的是相邻两环的纵缝要错开，不能在一条直线上。常见的做法是每一环相对前一环转过半块管片左右的角度，让缝错开，像砌墙时砖缝要错开一样。

错缝的道理很简单。如果纵缝对齐，整条隧道就是一串竖直的薄弱线，受力时容易沿着缝裂开，接缝处的防水也更难做。错开以后，每一块管片都能靠到相邻环的管片上，整体受力更均匀，隧道的刚度也更好。拼装的时候，拼装机每转一环都要按设计的错缝角度定位，这一步看似简单，偏了就要重来。

拼完一环还要看错台。错台是相邻两块管片在接缝处的高低差，超过允许值，说明管片没有贴平，受力不均，防水也受影响。拼装时每一环都要用测量仪器检查环面的平整度，有偏差就在下一环拼装时用垫块或分区调整推进油缸来纠正，不能等整条隧道拼完再一起处理。

螺栓和三元乙丙密封垫：拼得牢，也要不漏水

管片之间靠螺栓连接。纵缝和环缝都有螺栓孔，螺栓穿过孔洞拧紧，把相邻的管片拉在一起。螺栓的拧紧力矩要按设计值控制，拧松或拧过头都会影响接缝的受力。拼完一环，要用扭矩扳手逐个检查，有问题的螺栓当场处理。

管片之间的防水靠密封垫。密封垫一般用三元乙丙橡胶做成，嵌在管片端面的沟槽里。管片拼装时，两块之间的密封垫被挤压变形，接缝被压实，地下水就进不来。三元乙丙橡胶耐老化、耐水，适合长期埋在地下，所以成为盾构隧道防水的主要材料。

密封垫装得不正、沟槽里有杂物、拼装时错位，都会让密封垫失效，形成渗漏。施工时要在拼装前清理沟槽，拼装后检查每一条缝，发现问题及时修补。

同步注浆：盾尾一离开管片，空隙就要马上填上

盾构机切土的直径，比管片的外径要大一圈。盾壳往前走，管片被推出盾尾，它和土之间就留下一圈环形的空隙，这个空隙叫盾尾空隙。如果不及时填上，周围的土会往里塌，地面跟着沉降。同步注浆就是在盾尾离开管片的同时，通过盾尾的注浆孔把浆液打进这圈空隙里。

注浆要和推进同步进行。推进快了，注浆跟不上，空隙就留着；注浆多了，浆液会顶着管片往外挤，甚至把隧道顶起来。所以注浆量和注浆压力都要按每一环的理论空隙来算，再乘上一个注浆率。注浆率是为了补偿土体的变形和浆液的损失，通常都大于 1。

同步注浆的浆液分单液和双液两种。单液浆靠自身凝固，成本低，但凝固慢；双液浆注入后很快凝固，能更早地把管片固定住。如果地面沉降或管片有上浮迹象，还要在隔一段距离后补做二次注浆，对空隙再填一遍。

土仓压力：埋深每深 1 米，要顶住的力涨约 14 千帕

土仓压力要顶住的，是隧道中心处的土压力和水压力之和。静止状态下，土对隧道的侧压力可以按静止土压力系数来估算，地下水的压力则按水的重度算。把这两部分加在一起，就得到开挖面需要的支撑压力。

算例取覆土 12 米，也就是隧道顶板以上有 12 米土，隧道外径 6.2 米，所以中心埋深约 15.1 米。土的重度取 18 千牛每立方米，静止土压力系数取 0.5，地下水埋深 2 米。代入公式，土仓压力约 200 千帕。这个数不是要照抄的设定值，而是一个起点，实际施工还要根据地面沉降监测来调。

这张图说明两件事。一是埋深越大，土仓压力越大，而且是近似直线涨的，每深 1 米大约涨 14 千帕，覆土 6 米时约 117 千帕，覆土 20 米时约 311 千帕。二是地下水埋得越深，同样埋深下的土仓压力越小，地下水位每降 1 米，压力约减 4.9 千帕。图上的两条线分别对应地下水埋深 2 米和 5 米：同样是覆土 12 米，地下水埋深 5 米时土仓压力约 185 千帕，比 2 米时低约 15 千帕。

施工中，土仓压力的设定值通常以静止土压力为基准上下浮动，浮动多少要看地面沉降监测和周边建筑的情况。压力设得高，地面可能隆起；设得低，地面会沉降。两个方向都要防，不能只盯着其中一头。

一环注浆 6.7 立方米：盾尾空隙的 1.8 倍

算例中，盾壳外径取 6.45 米，管片外径 6.2 米，两者之差的一半就是盾尾径向空隙，约 125 毫米。一环的环形空隙体积等于圆环面积乘以环宽：π/4 × (6.45² − 6.2²) × 1.5，得到约 3.7 立方米。

注浆量不是等于空隙体积，而是空隙体积乘以注浆率。算例取注浆率 1.8，一环的注浆量就是 3.7 × 1.8 ≈ 6.7 立方米。这个多出来的部分，一是补偿土体受扰动后的变形，二是弥补浆液在压力下向周围地层渗走的损失。如果注浆率取得太低，空隙填不满，地面容易沉降；取得太高，浆液会顶坏管片，甚至把地面顶起来。

每天拼 8 环，一天就要注浆约 54 立方米。这个数字要跟着推进速度实时核对：每环注进去的量，要和理论值差不多，偏多偏少都要查原因。注浆量长期偏少，多半是浆液配比或注浆压力出了问题；偏多，要看是不是管片或土层出现了异常。

一天能挖多少米：环宽乘以每天拼的环数

盾构的日进尺，就是环宽乘以每天能拼的环数。算例取环宽 1.5 米，一天有效掘进 16 小时，剩下的时间留给维护和检修。每拼一环的循环耗时，由三部分组成：推进一环约 0.5 小时，拼装一环约 0.5 小时，换向、纠偏、接管线、注浆等其他工作约 1 小时。三者加起来是 2 小时一环，一天就能拼 8 环，日进尺 12 米。

这个数字对每环耗时很敏感。每环 1 小时，理论上一天能到 24 米；每环 3 小时，就只剩 8 米。所以提高进尺，主要不是把推进油缸开得更快，而是把「其他」那一块压下去：减少换刀、减少停机、少做纠偏、接管线提前准备好。图左边的曲线就是这个关系，右边是算例里一环的时间构成。

进尺是按班次和周计划排出来的。一个月下来能到几百米的工程并不少见，但那是靠连续排班、备件到位、运输不卡出来的。掘进的节奏要和后配套的运输、注浆、出土同步，哪一环慢了，整条线就跟着慢。

实际工地上的日进尺，常见的是几米到十几米，看地层、埋深、地下水、刀具状况和管理水平。12 米是算例，不是一个通用的标准。如果有人告诉你一台盾构一天能挖几十米，多半是在计算理想状态，或者把几个班次的进尺加在了一起。

出土称重判超挖：一环理论 88 吨，多出 5% 就要查

盾构隧道的开挖直径是固定的，所以每一环的理论出土方量也是固定的。算例中开挖直径取 6.45 米，开挖面积约 32.7 平方米，环宽 1.5 米，一环理论出土方量约 49.0 立方米。湿土密度取 1.8 吨每立方米，一环理论出土重量约 88 吨。

工地上常用的判超挖办法，是把每一环实际运出去的渣土过一次磅，和理论重量比。如果实际重量明显偏大，说明多挖了土，多半是超挖：刀盘切得比设计直径大，或者土仓压力偏低，土从前方塌下来。超挖会让盾尾后面的空隙变大，注浆跟不上，地面就跟着沉降。

称重要扣掉添加的泡沫和膨润土，否则会把加进去的水和材料都算成土，误判成超挖。算例取判线为多出理论重量的 5%，也就是约 4.4 吨。这个 5% 不是规范值，它说明一个量级：超挖 5 厘米，一环多出约 2.8 吨，只占理论重量的 3.1%；要超过 5% 的判线，超挖厚度要到约 8 厘米。图里的曲线就是这个关系，判线以上的部分，要停下来查土仓压力、推进速度和刀盘开口。

施工经历哪几个阶段：始发、掘进、到达，两头靠井和洞门衔接

一条盾构隧道从开工到贯通，大致经历三个阶段：始发、正常掘进、到达。两端各有一座竖井，一座用来把盾构放进地下，叫始发井；另一座用来把盾构接出来，叫接收井。中间那一段才是盾构真正干活的地方。

三个阶段之前，还有一段准备工作：征地、迁改地下管线、降水、竖井施工、地基加固。准备做不好，后面的进尺再快也是白搭，很多工期拖延其实是从准备阶段就埋下的。

图里是从始发井到接收井的整体示意，始发井和接收井之间是一条已经拼好的隧道，盾构在前面继续向前。两座井的位置、深度和周边的地层，决定了盾构能不能顺利进出，所以井的设计和施工往往比隧道本身还要早、还要细。

正常掘进阶段是时间最长的一段。每个循环都包括推进、拼装、注浆、出土和检查几件事，它们要在同一个节奏里完成。班组分工也要清楚：掘进班盯土仓和推进，拼装班盯管片，注浆班盯浆量，测量班盯姿态。任何一个环节卡住，整个循环都要停，所以各班之间的交接比单项技术更容易出问题。

工作井和洞门：井先于盾构做好，洞门要先密封

始发井和接收井通常先于盾构做好。竖井多用地下连续墙或钻孔桩围护，先挖到设计深度，底板和始发基座先做好，盾构才能下井。井底的地基如果软，要先加固，否则基座一沉，盾构的姿态从一开始就会偏。

洞门的密封一般用一圈钢环加帘布橡胶板。钢环固定在洞口的预埋件上，帘布橡胶板压在盾壳外侧，靠水压把它压紧。盾构穿过时，橡胶板被挤开又合上，始终把井内外隔开。这一道密封是始发和到达时最容易漏水的地方，盾构推进前要反复检查。

始发：竖井里先搭一个反力架，把盾构推出第一步

始发时，盾构被放在竖井里的始发基座上。盾构的推进油缸要顶住一个固定的支撑，这个支撑就是反力架，它和竖井的墙、底板连成一体。在没有隧道管片可以顶的情况下，油缸只能靠反力架把盾构推出去。

盾构要从竖井的墙上穿出去，洞门必须先打开。洞门原先是一道临时的密封，为的是防止井外的水土进井。盾构向前推之前，要先把洞门的密封装好，然后凿除洞门的临时墙，让盾构慢慢穿过去。这一步如果密封没有做好，地下水会从洞门涌进竖井，后果很严重。

盾构穿出洞门后，才算真正进入掘进阶段。从这一刻起，每一环的拼装、注浆和出土都要跟上，土仓压力也要立刻调到正常范围。始发段的地层往往还没有被扰动过，也没有稳定的管片支撑，所以头几十米通常是最需要盯紧的地方。

到达：接收井里拆洞门，盾构是被接住的，不是开走的

盾构快到接收井时，要先把前方的土加固，再把接收井的洞门打开。接收井里放着接收基座，盾构推到基座上，就停下来。这时盾构的外壳和接收井的洞门之间，同样要做好密封，防止井内外的水土串通。

盾构到达后，通常要先把刀盘和土仓里剩下的土清出来，再把盾构整体或分段吊出井。吊出之后，隧道里留下的是一条已经拼好、注好浆的完整隧道，两端的井再回填或改作他用。整个过程里，最关键的是两件事：一是前方土体稳不稳，二是洞门的密封严不严。

到达前，测量人员要把盾构的位置和设计轴线对一遍，确认它正好落在接收基座的中心线上。偏差大了，盾构就会撞上接收井的洞门，只能停下来重新调姿，代价很大。所以到达前的最后几十米，推进速度通常会明显放慢。

常见问题：地面沉降、喷涌、刀具磨损、姿态偏差，都是靠数据先发现的

盾构施工最让人担心的是地面沉降。它的来源有几个：土仓压力偏低，前方土往里塌；注浆不足，盾尾空隙填不满；超挖，土被多挖走了。这三件事都能从土仓压力、注浆量和出土称重上看出来，所以盾构施工一直在盯这几组数据。

喷涌是砂层和高水位地层里的典型问题，土仓里的压力跟不上，土和水会从出土口一下子冲出来。解决办法通常是加大改良剂的用量，或者在前方做加固，实在不行就换泥水平衡。

刀具磨损要靠换刀来处理，换刀要么带压进仓，要么先加固前方土体。盾构的姿态偏差，靠导向系统测量盾构的位置和角度，发现偏了，就用推进油缸的分区压力慢慢纠回来，不能一下子猛拉。这些问题都不是靠经验硬扛，而是靠数据先看见，再动手。

管片上浮是另一个常见问题。注浆还没有凝固时，管片受到浮力会往上抬，水位高的地层尤其明显。解决办法是控制注浆的时机和配比，必要时对环底做加固，并在拼装时复核管片的高程。

常见问题

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